楊亞平 陳銳杰 路春娥

摘要 分析東南大學(xué)成賢學(xué)院化工反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)課程的現(xiàn)狀，介紹化工反應(yīng)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)設(shè)備開發(fā)和改進(jìn)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面進(jìn)行改革的具體做法。實(shí)踐表明，改革有利于學(xué)生反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)技能和綜合素質(zhì)的提高，確保教學(xué)質(zhì)量的提高。

關(guān)鍵詞 化工反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；實(shí)驗(yàn)技能

中圖分類號：G642.423文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1671-489X(2012)12-0117-03

Reform and Practice in Teaching Chemical Reaction Engineering Experiment//Yang Yaping1, Chen Ruijie1, Lu Chune2

Abstract By means of the course status analysis, this article describes specific practices of reform on equipment development and improvement, teaching content, teaching methods, assessment methods of Chemical Reaction Engineering experiment in Southeast University Chengxian College. Practice shows that the reform will help improve the skills in organic synthesis experiments and overall quality of students, ensure the improvement of teaching quality.

Key words chemical reaction engineering experiment; teaching reform; skills in experiment

Authors address

1 Department of Chemical and Pharmaceutical Engineering of Southeast University, Chengxian College,

Nanjing, China 210088

2 School of Chemistry and Chemical Engineering of Southeast University, Nanjing, China 211189

化學(xué)反應(yīng)工程是化學(xué)工程的一個(gè)分支，簡稱反應(yīng)工程，于20世紀(jì)50年代才開始逐漸形成?；瘜W(xué)反應(yīng)工程課程是一門綜合性、工程性和理論性都很強(qiáng)的課程，既有工程問題的共性特點(diǎn)，又有工藝過程的個(gè)性特征。本課程要求學(xué)生有較為扎實(shí)的物理化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)、工程數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)?；瘜W(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)內(nèi)容覆蓋基本理論、實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，與化學(xué)反應(yīng)工程理論課程相配套的實(shí)驗(yàn)課程化工反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)，是一門化學(xué)工程與工藝專業(yè)高年級化工類專業(yè)實(shí)驗(yàn)的必修課[1-3]。本實(shí)驗(yàn)課程根據(jù)化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，以動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，通過定量計(jì)算、實(shí)驗(yàn)技能和設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生牢固的工程觀點(diǎn)，使學(xué)生對化工生產(chǎn)中常用的反應(yīng)器有一個(gè)深層次的了解。通過該課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論分析解決各種實(shí)際工程問題的能力，為化工行業(yè)培養(yǎng)具有科研、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐等方面需要的專業(yè)人才。

1 化工反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)課程的現(xiàn)狀與分析

東南大學(xué)成賢學(xué)院是一所以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的獨(dú)立學(xué)院，化工與制藥工程系自2007年建系以來，化工反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)一直作為化學(xué)工程與工藝專業(yè)高年級學(xué)生的必修課，是有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)和化工原理四大化學(xué)課程的一個(gè)延伸與拓展。目前，化工與制藥工程系化工反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)引進(jìn)6套實(shí)驗(yàn)裝置，主要開設(shè)了與設(shè)備相對應(yīng)的6個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別是乙苯脫氫制苯乙烯、甲苯氧化制苯甲酸、變壓吸附制富氧、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)的測定、單多釜提留時(shí)間分布及萃取精餾實(shí)驗(yàn)。所有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器全部采購于某高校，每臺實(shí)驗(yàn)設(shè)備對應(yīng)一個(gè)固定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，受儀器設(shè)備臺數(shù)條件的限制，同時(shí)設(shè)備中存在部分設(shè)計(jì)的局限性，使得反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)始終停留在原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容上，在實(shí)驗(yàn)大綱和內(nèi)容上基本沿用了該高校的教學(xué)大綱和教學(xué)管理模式，沒有任何突破和改進(jìn)。

考慮到學(xué)校人才培養(yǎng)模式和定位與該高校有較大的差異，化工與制藥工程系專業(yè)設(shè)置和學(xué)生生源質(zhì)量等諸多方面與該高校也有相當(dāng)大的差異，如果完全照搬該高校實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)備和教學(xué)內(nèi)容，就會缺乏該系化學(xué)反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)自己的課程特色，缺乏實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的創(chuàng)新性，在人才培養(yǎng)上就會顯得定位不明確，不能完全體現(xiàn)學(xué)院自己的辦學(xué)特色。

2 優(yōu)化和擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

考慮到以上因素，結(jié)合目前化工反應(yīng)工程在化工行業(yè)的發(fā)展要求，針對原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容上的缺點(diǎn)和不足，化工與制藥工程系先后進(jìn)行一系列的教學(xué)改革和實(shí)踐，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化和擴(kuò)展。

2.1 開發(fā)和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備

目前，化工行業(yè)發(fā)展迅猛，尤其是新工藝新設(shè)備更新?lián)Q代迅速，原有的很多化工操作單元已經(jīng)不能完全適應(yīng)化工行業(yè)的發(fā)展需求。例如，化工產(chǎn)品的分離提純是化工行業(yè)最普遍操作單元，主要包括減壓蒸餾、萃取精餾、加壓精餾和加鹽精餾等。而該系化學(xué)反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)中只有一套精餾萃取裝置，而在減壓精餾、加壓精餾、加鹽精餾等提純分離方面，學(xué)生只是停留在課堂理論的基礎(chǔ)上，缺乏對這些化工分離操作的實(shí)踐認(rèn)知和操作過程訓(xùn)練。

為了適應(yīng)這一化工行業(yè)的發(fā)展需求，學(xué)院特別針對化工反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了教學(xué)改革，方案中專門對化工反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)的裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)和改造，在院大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)中，組織專門的教師和學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與改造。學(xué)生在此次創(chuàng)新活動(dòng)中，對化工原理、化工熱力學(xué)、機(jī)械制圖等方面的知識進(jìn)行了系統(tǒng)的鞏固和綜合提高。經(jīng)過一年的努力，利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的場地，自行設(shè)計(jì)了精餾實(shí)驗(yàn)裝置和氣液反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置等兩套設(shè)備裝置，設(shè)計(jì)的裝置在材質(zhì)和儀表控制上都做了改進(jìn)，改變了以往玻璃材質(zhì)耐壓和耐高溫性能差、儀表和輸液泵不夠精確的特點(diǎn)。新設(shè)計(jì)的精餾實(shí)驗(yàn)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)萃取精餾、加壓精餾、加鹽精餾等多種分離提純操作，新設(shè)計(jì)的氣液反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置能夠?qū)芏嗟湫偷臍庖悍磻?yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作。

另外，還改進(jìn)了化工反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)現(xiàn)有設(shè)備中的一些設(shè)計(jì)缺陷和不足。如在甲苯氧化實(shí)驗(yàn)中冷凝效果不佳，于是增加二級空氣冷凝管使冷卻效果大大改善；在乙苯脫氫制苯乙烯實(shí)驗(yàn)中，原料必須先校正流量配比后方可輸入反應(yīng)釜中，但由于反應(yīng)位置與校正位置高度相差較大，導(dǎo)致原料進(jìn)料配比與校正進(jìn)料配比相差，于是通過改變輸液泵類型、液位槽位置等手段，使得反應(yīng)配比更加準(zhǔn)確，使反應(yīng)收到很好的效果。

2.2 豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的內(nèi)容

為了豐富和擴(kuò)展化工反應(yīng)過程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量，不僅利用現(xiàn)有的設(shè)備開發(fā)出了新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高了現(xiàn)有設(shè)備的利用率，同時(shí)利用自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置，增加了新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。如新增了化工產(chǎn)品分離提純實(shí)驗(yàn)和氣液分離實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，主要包括減壓精餾、加壓精餾、加鹽精餾、氣液反應(yīng)等實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容，如丙醛脫水實(shí)驗(yàn)屬于加壓精餾實(shí)驗(yàn)，對二異丙苯氧化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)屬于氣液反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。另外，利用現(xiàn)有的設(shè)備開發(fā)出更多的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如，利用乙苯脫氫的實(shí)驗(yàn)裝置，增加了化工反應(yīng)過程中典型的流化床反應(yīng)器的操作內(nèi)容。通過增設(shè)這些化工反應(yīng)過程中典型的操作單元實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，豐富了化工反應(yīng)工程教學(xué)大綱[4]，使化工反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)操作過程和方法緊跟化工行業(yè)發(fā)展的腳步，體現(xiàn)了學(xué)院對應(yīng)用型人才培養(yǎng)的特點(diǎn)。

2.3 建立化工反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)工作站和仿真實(shí)驗(yàn)平臺

為了模擬和優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)條件、工藝參數(shù)，同時(shí)克服現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量的局限性，對現(xiàn)有的幾個(gè)化工反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)建立了的工作站和仿真實(shí)驗(yàn)平臺。通過工作站處理軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場采集，可以快速地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，及時(shí)有效直觀地對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，同時(shí)減少人為因素處理數(shù)據(jù)的誤差和繁瑣，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率[5]。另外，通過建立仿真實(shí)驗(yàn)平臺，可以模擬不同條件下化工反應(yīng)的控制過程，特別是一些受設(shè)備條件限制（如高溫高壓條件）的實(shí)驗(yàn)過程，對實(shí)驗(yàn)操作過程具有一定的理論依據(jù)和指導(dǎo)意義。

2.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中增加產(chǎn)物表征操作

化學(xué)反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)中，在數(shù)據(jù)分析與處理中有的設(shè)備配備有專門的數(shù)據(jù)處理軟件，直接對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作的機(jī)會就相對較少。為了改變這種狀況，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)過程的監(jiān)測、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表征方面的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。如利用氣相色譜儀監(jiān)測反應(yīng)過程中反應(yīng)液的含量來判斷反應(yīng)進(jìn)程，通過熱導(dǎo)檢測器來分析精餾萃取液中水分的含量來確定最佳工藝條件，利用碘量法測定過氧化物的含量，等等。學(xué)生不僅在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中操作技能得到鍛煉和提高，同時(shí)對數(shù)據(jù)的處理分析、產(chǎn)物的表征、譜圖的解析等方面都得到了學(xué)習(xí)和提高。

3 加強(qiáng)過程管理，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)過程管理是實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，是保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)?；瘜W(xué)反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)屬于大型設(shè)備實(shí)驗(yàn)，是一門操作少而理論性相對較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加強(qiáng)過程管理，形成化工反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)科特色，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平十分重要。

3.1 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過程控制

化工反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)相對較長，學(xué)生等待和空閑的時(shí)間較多。為了充分利用實(shí)驗(yàn)過程中的等待時(shí)間，使實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)更加飽滿，實(shí)驗(yàn)過程中加強(qiáng)巡視，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、數(shù)據(jù)的采集整理和分析。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、數(shù)據(jù)分析、譜圖解析、結(jié)果的分析與討論等各方面的能力都得到全面的鍛煉和提高。

3.2 合理分配循環(huán)實(shí)驗(yàn)時(shí)間

化學(xué)反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)由于受到實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)和臺件數(shù)的限制，目前大都采用循環(huán)方式安排實(shí)驗(yàn)，這就存在多個(gè)學(xué)生操作同一臺儀器設(shè)備的情況，使得有些學(xué)生得不到操作和鍛煉的機(jī)會。為了改善這種狀況，采用分組細(xì)化的方法，即同一臺儀器操作過程中，按照實(shí)驗(yàn)學(xué)生數(shù)量來改變工藝條件參數(shù)進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，盡可能地讓每個(gè)學(xué)生都有動(dòng)手操作的機(jī)會。同時(shí)，由于工藝條件參數(shù)的不一樣，使得學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作過程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及結(jié)論也不完全一致。這樣既讓更多的學(xué)生得到了訓(xùn)練和提高，也改善了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)，同組間學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲雷同的現(xiàn)象。

3.3 樹立牢固工程觀念，培養(yǎng)工程分析能力

化工生產(chǎn)過程錯(cuò)綜復(fù)雜，為了讓學(xué)生更好地掌握化工反應(yīng)實(shí)驗(yàn)過程理論知識和實(shí)踐水平，透過現(xiàn)象看本質(zhì)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師應(yīng)從分析工程因素的本質(zhì)及反應(yīng)特征入手，突出強(qiáng)調(diào)過程速率及其變化規(guī)律、傳遞規(guī)律及其對化學(xué)反應(yīng)的影響。如通過實(shí)驗(yàn)中工藝條件及參數(shù)的變化來分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)來分析化工反應(yīng)過程的基本規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生掌握化工反應(yīng)工程研究的基本方法，使學(xué)生樹立牢固的工程觀念，培養(yǎng)學(xué)生采用工程分析方法來分析和解決工程實(shí)際問題的能力。

4 改革實(shí)驗(yàn)考核方法，綜合評定學(xué)生成績

綜合評定學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績是考察實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的一個(gè)重要途徑，化工反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)以往主要從預(yù)習(xí)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告等方面進(jìn)行考評。由于化工反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)主要是以工業(yè)反應(yīng)過程為主要研究對象，研究過程速率及其變化規(guī)律、傳遞規(guī)律及其對化學(xué)反應(yīng)的影響，因此，考慮到化工反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)課程的特殊性，在學(xué)生成績評定中，應(yīng)適當(dāng)增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論等方面的評分比例，同時(shí)對學(xué)生的出勤、預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況、實(shí)驗(yàn)態(tài)度及衛(wèi)生等劃分不同的權(quán)重進(jìn)行考評，多方面綜合評定學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績，而不再把實(shí)驗(yàn)結(jié)果的好壞作為衡量實(shí)驗(yàn)成績的唯一標(biāo)準(zhǔn)。即便學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想，但在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中能做好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論，從而找到失敗的原因，就可以獲得較好的實(shí)驗(yàn)成績。通過這些考核制度的改革，培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，同時(shí)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、數(shù)據(jù)處理和分析能力等綜合能力都得到很大的提高。

5 結(jié)束語

雖然實(shí)施化學(xué)反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐時(shí)間不長，但已經(jīng)收到了較好的成效。例如，化工與制藥工程系在金陵石化、揚(yáng)子石化認(rèn)識實(shí)習(xí)和下場實(shí)習(xí)過程中，學(xué)生表現(xiàn)出比較強(qiáng)的動(dòng)手操作能力和工程實(shí)踐能力；在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，學(xué)生表現(xiàn)出較強(qiáng)的操作技能、獨(dú)立工作能力和綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；另外，有相?dāng)一部分學(xué)生在揚(yáng)子總控工和高級工的培訓(xùn)中順利通過考試，取得了總控工和高級工的資格證書。然而也清醒地看到，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐是一個(gè)持續(xù)的過程，

化工與制藥工程系應(yīng)順應(yīng)化工行業(yè)變化的形勢和發(fā)展要求，不斷深化教學(xué)改革，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，不斷優(yōu)化和完善教學(xué)模式和管理水平，突出專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)，不斷提高教學(xué)水平，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，著力提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。尤其在化學(xué)反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)中增設(shè)創(chuàng)新性、開放性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還有待進(jìn)一步的探索和研究。

參考文獻(xiàn)

[1]王承學(xué),胡永琪,郭鍇.化學(xué)反應(yīng)工程[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社出版,2008.

[2]張雅明,谷和平,丁健.化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)[M].南京:南京大學(xué)出版,2006.

[3]房鼎業(yè),樂清華,李福清.化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社出版,2000.

[4]周國權(quán),洪曉波,邵丹鳳,等.化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].寧波工程學(xué)院學(xué)報(bào),2009,21(3):100-103.

[5]周濤,譚軍,葉紅齊,等.化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革[J].化工高等教育,2006(3):26-30.